JP2020044630A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】工具装着時における信頼性の向上及び製造費用の削減を図ることができる工作機械を提供する。【解決手段】工作機械は、主軸を有する上下動可能な主軸ヘッド５と、主軸ヘッドを移動可能に支持する立柱と、立柱を支持する支持台と、主軸ヘッド及び立柱の周りを囲んでおり、主軸に装着する為の割出位置に複数の工具からいずれかの工具を配置する工具マガジンとを備え、工具マガジンの前端部が支持台に接近し、工具マガジンの後端部が支持台から離れるように、工具マガジンは傾斜しており、工具マガジンを傾斜方向にて主軸ヘッドに接近又は離間する移動機構を備えることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、ワークを加工する工作機械に関する。

従来の工作機械は、上下動可能な主軸ヘッドと、該主軸ヘッドの周りを囲む工具マガジンを備える（例えば特許文献１参照）。工具マガジンは複数の把持アームを備える。工具マガジンは、複数の把持アームを搬送し、所定の把持アームを主軸ヘッドの下方に配置する。主軸ヘッドは下降し、前記把持アームが把持する工具を主軸に装着する。

主軸ヘッドの前面にカムが設けてある。把持アームはカムフォロアを有する。工具を主軸に装着する時、カムフォロアはカムに接触し、把持アームは回転して前方に移動し、主軸に装着した工具から離れる。

特開２０１３−１７６８３０号公報

しかし、把持アームが回転せず、工具から離れないことがある。また回転の為の構成は複雑であり、把持アームの製造費用が嵩む。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、工具装着時における信頼性の向上及び製造費用の削減を図ることができる工作機械を提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械は、主軸を有する上下動可能な主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドを移動可能に支持する立柱と、該立柱を支持する支持台と、前記主軸ヘッド及び立柱の周りを囲んでおり、前記主軸に装着する為の割出位置に複数の工具からいずれかの工具を配置する工具マガジンとを備える工作機械において、前記工具マガジンの前端部が前記支持台に接近し、前記工具マガジンの後端部が前記支持台から離れるように、前記工具マガジンは傾斜しており、前記工具マガジンを傾斜方向にて前記主軸ヘッドに接近又は離間する移動機構を備えることを特徴とする。

本発明においては、工具マガジン全体が傾斜方向に移動する。例えば、工具マガジンは複数の把持アームを備える。割出位置に配置した把持アームは直線的に主軸ヘッドに接近又は離間する。前記把持アームは工具交換の為に回転する必要がない。

本発明に係る工作機械は、前記主軸が工具を装着する時、前記工具マガジンは前記傾斜方向にて前記主軸ヘッドから離れることを特徴とする。

本発明においては、主軸が工具を装着した時、工具マガジン全体が主軸ヘッドから離れる。例えば、割出位置に配置した把持アームは直線的に主軸ヘッドから離れるので、前記把持アームは工具交換の為に回転する必要がない。

本発明に係る工作機械は、前記移動機構は、前記主軸ヘッドに設けたカムと、前記工具マガジンに設けてあり、前記カムに従って移動するカムフォロアとを有し、前記カム及びカムフォロアは、前記主軸ヘッドの上下移動を前記工具マガジンの前後移動に変換することを特徴とする。

本発明においては、カム及びカムフォロアは、主軸ヘッドの上下移動を工具マガジンの前後移動に変換する。工具マガジンは、前後移動の為の駆動源を必要としない。

本発明に係る工作機械は、前記移動機構は、前側が下側に位置し、後側が上側に位置するように傾斜しており、前記工具マガジンを案内する軌道と、前記工具マガジンを後方に付勢する付勢部材とを有し、前記カム及びカムフォロアは、前記主軸ヘッドが下降した場合、前記工具マガジンが前記主軸ヘッドに対して相対的に前方に移動するように構成してあることを特徴とする。

本発明においては、主軸ヘッドが下降した場合、工具マガジンは案内軌道に沿って斜め前下方向に移動する。主軸が工具を装着した時、主軸ヘッドと共に工具マガジンは下降するので、上下方向における工具マガジン及び主軸ヘッドの相対的な位置関係は変わらない。主軸が工具を装着した時、工具マガジンは主軸ヘッドに対して相対的に前方にのみ移動する。割出位置に配置した把持アームは直線的に主軸ヘッドから離れる。

本発明に係る工作機械は、前記移動機構は、前記主軸ヘッドを上下方向に移動する第一駆動源と、前記工具マガジン全体を前後方向に移動する第二駆動源と、前記第一駆動源及び第二駆動源を同期制御する制御装置とを有することを特徴とする。

本発明においては、主軸ヘッドの上下移動と工具マガジン全体の前後移動を各別の駆動源にて実行する。第一駆動源及び第二駆動源の駆動を同期制御することによって、主軸が工具を装着した時、工具マガジン全体が前方に移動し、割出位置に配置した把持アームは直線的に主軸ヘッドから離れる。

本発明に係る工作機械は、前記工具マガジンが前記主軸ヘッドに接近する方向に移動することを規制する第一規制部材と、前記工具マガジンが前記主軸ヘッドから離れる方向に移動することを規制する第二規制部材とを備えることを特徴とする。

本発明においては、部品の破損によって工具マガジンが傾斜方向に移動しても、第一規制部材又は第二規制部材が移動を規制し、作業者の安全性を確保することができる。

本発明に係る工作機械の工具マガジンは、前記立柱の周囲に配置してあり、工具を保持する保持部を案内する案内軌道を有し、前記案内軌道を支持する支持部が前記案内軌道の上側に配置してあることを特徴とする。

本発明においては、支持部が案内軌道の上側に配置してあるので、案内軌道に異物が付着しにくい。

本発明に係る工作機械の案内軌道は環状に形成してあり、前記案内軌道の内周及び外周夫々にローラが配置してあり、前記案内軌道の内周及び外周に配置した各ローラの上側且つ前記案内軌道の上側に、前記支持部は配置してあることを特徴とする。

本発明においては、支持部は、二つのローラの上側にも配置してあるので、二つのローラにも異物が付着しにくい。

本発明に係る工作機械の案内軌道は環状に形成してあり、前記案内軌道の内周及び外周夫々にローラが配置してあり、前記案内軌道の内周に配置した前記ローラ及び前記案内軌道の上側に、前記支持部は配置してあり、前記案内軌道の外周に配置した前記ローラを覆うカバーを備えることを特徴とする。

本発明においては、支持部は、内周に配置したローラ及び案内軌道への異物の付着を抑制し、カバーは、外周に配置したローラへの異物の付着を抑制する。

本発明に係る工作機械の前記工具マガジンは、前記立柱の周囲に配置した案内軌道と、該案内軌道を支持する支持部と、ローラを介して前記案内軌道に連結し、前記案内軌道に沿って移動可能な工具を保持する保持部とを有し、前記支持部に取り付けてあり、前記ローラに当接して前記保持部を位置決めする位置決め部を備えることを特徴とする。

本発明においては、位置決め部は支持部に取り付けてあるので、アーム毎に位置決め部を設ける必要が無い。また位置決め部はローラに当接するので、工具の位置決めと同時に案内軌道とローラとの隙間を小さくすることができる。

本発明に係る工作機械の工具マガジンは、前記主軸ヘッドに設けたカムを備え、前記位置決め部は、上下に延びた桿体と、前記桿体の下部に形成してあり、前記ローラを受ける凹部と、前記桿体の上部に設けてあり、前記カムに当接するカムフォロアと、前記桿体の中途部を貫通した枢軸と、前記支持部に固定してあり、前記枢軸を介して前記桿体を回転可能に支持する支持枠と、前記枢軸よりも上側にて前記支持枠及び桿体の間に配置してあり、前記桿体を前記主軸ヘッドに向けて付勢する付勢部材とを備えることを特徴とする。

本発明においては、主軸ヘッドに設けたカムの一部分にカムフォロアが当接した場合、付勢部材の付勢力による桿体の回転を規制し、凹部はローラから離れた状態を保つ。カムフォロアがカムの他の部分に当接した場合、またはカムから離れている場合、付勢部材の付勢力によって、凹部がローラに当接し、工具の位置決めを実現する。

本発明に係る工作機械の凹部の対向する二つの側面は、前記凹部の底面側における前記二つの側面間の幅が前記凹部の開口側における前記二つの側面間の幅よりも小さくなるように、傾斜していることを特徴とする。

本発明においては、傾斜した側面はローラを凹部の底部に向けて案内し、精度良く工具を位置決めする。

本発明に係る工作機械の支持枠は、上下に延びた溝を有し、前記桿体は前記溝の内側に配置してあり、前記溝及び桿体夫々の上端部に前記付勢部材を受ける受部が形成してあることを特徴とする。

本発明においては、支持枠の溝は桿体を案内する。また溝の内側に桿体を配置し、支持枠及び桿体の小型化を図る。また溝及び桿体の受部は、付勢部材が安定に保持する。

本発明に係る工作機械にあっては、主軸が工具を装着した時、工具マガジン全体を前方に移動する。工具マガジンの工具を把持する把持アームは直線的に主軸ヘッドに接近又は離間するので、前記工具を把持する部分は工具交換の為に回転する必要がない。故に把持アームの構成を簡素化し、製造費用を削減することができる。

工具マガジンの記載を省略した工作機械を示す斜視図である。 主軸ヘッド、初期位置の工具マガジン、立柱及び摺動機構を略示する斜視図である。 主軸ヘッド、工具マガジン及び立柱を略示する正面図である。 図３に示すＩＶ−ＩＶ線を切断線とした断面図である。 図３に示すＶ―Ｖ線を切断線とした断面図である。 支持体及び立柱を示す斜視図である。 支持体、支持部、コイルばねを略示する断面斜視図である。 支持部を示す平面図である。 工具マガジンと、第一カム及び第二カムとの相対移動を説明する模式図である。 主軸ヘッド、初期位置から前方に移動した工具マガジン、立柱及び摺動機構を略示する斜視図である。 把持アーム及び主軸ヘッドを示す左側面縦断面図である。 支持枠及び桿体を後方から視認した斜視図である。 支持枠及び桿体を前方から視認した斜視図である。 支持枠及び桿体の分解斜視図である。 主軸ヘッドの下降時における把持アーム及び主軸ヘッドを示す左側面縦断面図である。 主軸ヘッドの下降時における把持アーム及び主軸ヘッドを示す左側面縦断面図である。 支持部の上側に案内軌道を取り付けた比較例を示す部分拡大左側面図である。 支持部の下側に案内軌道を取り付けた本実施の形態を示す部分拡大左側面図である。 実施の形態２に係る工作機械の支持部、案内軌道、ローラを示す部分拡大左側面図である。 実施の形態３に係る工作機械の支持部、案内軌道、ローラ、カバーを示す部分拡大左側面図である。 実施の形態４に係る工作機械の摺動機構を示す模式図である。

（実施の形態１）
以下本発明を実施の形態１に係る工作機械１００を示す図面に基づき説明する。図１は工具マガジン６０の記載を省略した工作機械１００を示す斜視図、図２は主軸ヘッド５、初期位置の工具マガジン６０、立柱４及び摺動機構７０を略示する斜視図である。図２は支持部８０の記載を省略する。以下の説明では図中矢印で示す上下左右前後を使用する。初期位置は工具マガジン６０が最後方に移動した位置である。

図１に示す如く、工作機械１００は前後に延びた矩形の基台１を備える。ワーク保持部３は基台１上部の前側に設ける。ワーク保持部３は左右に延びたＡ軸と上下に延びたＣ軸回りに回転可能である。支持台２は基台１上部の後側に設け、立柱４を支持する。

Ｙ軸方向移動機構１０は支持台２上部に設け、移動板１６を前後方向に移動する。Ｙ軸方向移動機構１０は前後に延びた二つの軌道１１、Ｙ軸螺子軸１２、Ｙ軸モータ１３、軸受１４を備える。軌道１１は支持台２上部の左と右に設ける。Ｙ軸螺子軸１２は前後に延び、二つの軌道１１の間に設ける。軸受１４はＹ軸螺子軸１２の前端部と中途部（図示略）に設ける。Ｙ軸モータ１３はＹ軸螺子軸１２後端部に連結する。ナット（図示略）はＹ軸螺子軸１２に転動体（図示略）を介して螺合する。転動体は例えばボールである。複数の摺動子１５は各軌道１１に摺動可能に設ける。移動板１６は水平方向に延び、ナットと摺動子１５上部に連結する。Ｙ軸螺子軸１２はＹ軸モータ１３の回転で回転し、ナットは前後方向に移動し、移動板１６は前後方向に移動する。

Ｘ軸方向移動機構２０は移動板１６上面に設け、立柱４を左右方向に移動する。Ｘ軸方向移動機構２０は左右に延びた二つの軌道２１、Ｘ軸螺子軸２２、Ｘ軸モータ２３（図２参照）、軸受２４を備える。軌道２１は移動板１６上面の前と後に設ける。Ｘ軸螺子軸２２は左右に延び、二つの軌道２１の間に設ける。軸受２４はＸ軸螺子軸２２の左端部と中途部（図示略）に設ける。Ｘ軸モータ２３はＸ軸螺子軸２２の右端部に連結する。ナット（図示略）はＸ軸螺子軸２２に転動体（図示略）を介して螺合する。複数の摺動子２６は各軌道２１に摺動可能に設ける。立柱４はナットと摺動子２６上部に連結する。Ｘ軸螺子軸２２はＸ軸モータ２３の回転で回転し、ナットは左右方向に移動し、立柱４は左右方向に移動する。

Ｚ軸方向移動機構３０は立柱４の前面に設け、主軸ヘッド５を上下方向に移動する。Ｚ軸方向移動機構３０は上下に延びた二つの軌道３１、Ｚ軸螺子軸３２、Ｚ軸モータ３３、軸受３４を備える。軌道３１は立柱４前面の左と右に設ける。Ｚ軸螺子軸３２は上下に延び、二つの軌道３１の間に設ける。軸受３４はＺ軸螺子軸３２の下端部と中途部(図示略)に設ける。Ｚ軸モータ３３はＺ軸螺子軸３２上端部に連結する。ナット（図示略）はＺ軸螺子軸３２に転動体（図示略）を介して螺合する。複数の摺動子３５は各軌道３１に摺動可能に設ける。主軸ヘッド５はナットと摺動子３５の前部に連結する。Ｚ軸螺子軸３２はＺ軸モータ３３の回転で回転し、ナットは上下方向に移動し、主軸ヘッド５は上下方向に移動する。

上下に延びた主軸５１は主軸ヘッド５内に設ける。主軸５１は軸回りに回転する。主軸モータ６は主軸ヘッド５上端部に設ける。主軸５１下端部は工具を装着する。主軸５１は主軸モータ６の回転で回転し、工具は回転する。回転した工具はワーク保持部３で保持したワークを加工する。

工作機械１００は工具を交換する工具マガジン６０を備える。工具マガジン６０は案内軌道６１、チェーン６２、複数の把持アーム６３、マガジンモータ６４及びギア６５を備える。

案内軌道６１は環状且つ平面視長円形をなし、前後に延びる。案内軌道６１は、前端部が後端部よりも下側に位置するように、傾斜している。案内軌道６１は主軸ヘッド５及び立柱４の周りを囲む。案内軌道６１に沿ってチェーン６２が設けてある。チェーン６２に複数のアーム取付部６２ａ（図１１、図１５、図１６、図１８参照）が固定してある。アーム取付部６２ａは上面に二つのローラ６３ａを有する。二つのローラ６３ａは案内軌道６１の内側及び外側に回転可能に接触する。アーム取付部６２ａは下面に把持アーム６３を固定してある。把持アーム６３は工具ホルダを把持する。工具ホルダは上下方向を軸方向とした筒状をなし、工具は工具ホルダに嵌合している。工具ホルダの外周にＶ溝が形成してある。把持アーム６３の先端部はＶ溝に係止する。

案内軌道６１の後部内側にマガジンモータ６４が配置してある。マガジンモータ６４の出力軸にギア６５が設けてある。ギア６５はチェーン６２に噛合する。マガジンモータ６４が回転し、チェーン６２が回転し、複数の把持アーム６３が回転する。把持アーム６３は工具を、所定位置、例えば割出位置に搬送する。割出位置は案内軌道６１の下端位置である。主軸５１が下降した場合、主軸５１は割出位置に位置する工具及び工具ホルダを装着する。

図３は主軸ヘッド５、工具マガジン６０及び立柱４を略示する正面図、図４は図３に示すＩＶ−ＩＶ線を切断線とした断面図、図５は図３に示すＶ―Ｖ線を切断線とした断面図、図６は、支持体７１及び立柱４を示す斜視図、図７は、支持体７１、支持部８０、コイルばね７９を略示する断面斜視図、図８は、支持部８０を示す平面図である。図１、図２、図５に示す如く、主軸ヘッド５の左側面に第一カム５ａ及び第二カム５ｅが設けてある。第一カム５ａ及び第二カム５ｅは上下に延びた矩形状をなす。第一カム５ａは、第二カム５ｅよりも上側且つ前側に配置してある。第一カム５ａと第二カム５ｅは平行である。図５に示すように、第二カム５ｅの前面は第一カム面５ｂを構成する。第一カム５ａの下面は第二カム面５ｃを構成し、第一カム５ａの前面は第三カム面５ｄを構成する。第一カム面５ｂ及び第三カム面５ｄはＹ軸（前後軸）に略直交し、第二カム面５ｃはＺ軸（上下軸）に略直交する。

図３、図４に示すように、立柱４の左右夫々に二つの摺動機構７０が設けてある。摺動機構７０は、支持体７１、上軌道７２、摺動子７３、下軌道７４、摺動子７５、固定板７６、案内棒７７、可動板７８、コイルばね７９、支持部８０を備える。図６に示すように、支持体７１は立柱４の側面に固定してある。支持体７１の上部に傾斜面７１ａが形成してある。傾斜面７１ａは、前側が下側に位置し、後側が前側よりも上側に位置するように傾斜している。傾斜面７１ａの上端部に上軌道７２が設けてある。上軌道７２は傾斜面７１ａに沿って前後に延びる。上軌道７２に摺動子７３が摺動可能に設けてある。傾斜面７１ａの下端部に下軌道７４が設けてある。下軌道７４は傾斜面７１ａに沿って前後に延びる。図２に示す如く、左右方向にて下軌道７４は上軌道７２よりも立柱４に近い。下軌道７４に摺動子７５が摺動可能に設けてある。

傾斜面７１ａの上面に、傾斜面７１ａに対して直角な固定板７６が下軌道７４の上側に固定してある。固定板７６には、傾斜面７１ａの傾斜方向に貫通した貫通穴７６ａが設けてある。貫通穴７６ａに案内棒７７が挿入してある。案内棒７７は貫通穴７６ａを軸方向に移動可能である。案内棒７７の上端に可動板７８が設けてある。案内棒７７の周囲にコイルばね７９が同軸的に設けてある。コイルばね７９は固定板７６と可動板７８の間に配置してある。コイルばね７９は圧縮ばねであり、可動板７８を斜め後上方向に付勢する。図３に示す如く、支持部８０は、前後に延びた半長円形状をなし、案内軌道６１を支持する。図７に示すように、二つの摺動子７３、７５の上部及び可動板７８の下部に支持部８０が固定してある。支持部８０は案内軌道６１に連結する。即ち、支持部８０は工具マガジン６０に連結する。支持部８０は固定板７６に連結しない。

図８に示す如く、支持部８０の中央部に上下方向に貫通した開口８０ｄが形成してある。開口８０ｄは前後方向に延び、開口８０ｄの前部に左右方向に突出した二つの部分８ｅ、８ｅが形成してある。部分８ｅの後縁部は第一規制部材８０ａを構成し、部分８ｅの前縁部は第二規制部材８０ｂを構成する。部分８ｅには固定板７６が挿入してある。固定板７６は第一規制部材８０ａ及び第二規制部材８０ｂに係合し、支持部８０の移動を防ぐ。

図５に示す如く、支持体７１の前方下部の支持部８０にカムフォロア７１ｂが設けてある。カムフォロア７１ｂは、左右方向を軸方向としたローラを備える。カムフォロア７１ｂは第一カム面５ｂ、第二カム面５ｃ及び第三カム面５ｄに接触する。第一カム５ａ、第二カム５ｅ、カムフォロア７１ｂ、摺動機構７０、Ｚ軸モータ３３は移動機構を構成する。

図９は工具マガジン６０と、第一カム５ａ及び第二カム５ｅとの相対移動を説明する模式図、図１０は主軸ヘッド５、初期位置から前方に移動した工具マガジン６０、立柱４及び摺動機構７０を略示する斜視図である。図１０は支持部８０の記載を省略する。

工具交換動作について説明する。カムフォロア７１ｂは第一カム面５ｂに接触しているとする。工具マガジン６０は所定の把持アーム６３を割出位置に搬送する。Ｚ軸モータ３３が駆動し、主軸ヘッド５が下降し、第一カム５ａ及び第二カム５ｅも下降する。カムフォロア７１ｂは第一カム面５ｂに接触して回転する。図９Ａの実線矢印にて示すように、カムフォロア７１ｂは第一カム面５ｂに接触して相対的に上側に移動する。このとき、摺動子７３、７５は上軌道７２及び下軌道７４を摺動しない。

カムフォロア７１ｂが第二カム面５ｃに到達した場合、主軸５１は割出位置に位置する工具を装着する。カムフォロア７１ｂに第二カム面５ｃから下方向の力が作用する。カムフォロア７１ｂに作用した力によって、摺動子７３、７５は上軌道７２及び下軌道７４を摺動し、可動板７８及び支持部８０は斜め前下方向に移動し、可動板７８はコイルばね７９を押し、可動板７８と固定板７６の間で圧縮する。工具マガジン６０は斜め前下方向に移動する。即ち工具マガジン６０は下方向且つ前方向に移動する。

工具マガジン６０の下方への移動距離は、主軸ヘッド５の下方への移動距離と同じであるので、上下方向において、工具マガジン６０と主軸ヘッド５は相対的に移動しない。工具マガジン６０は主軸ヘッド５に対して相対的に前方にのみ移動する。図９Ｂの実線矢印にて示す如く、カムフォロア７１ｂは第二カム面５ｃに接触して相対的に前方に移動する。カムフォロア７１ｂが第二カム面５ｃの後端から距離Ｄ１前に移動した場合、工具マガジン６０も距離Ｄ１前に移動する。工具マガジン６０全体が主軸ヘッド５に対して相対的に前方に移動するので、主軸５１に装着した工具を把持した把持アーム６３は主軸ヘッド５から前方に直線的に離れる。カムフォロア７１ｂが第二カム面５ｃに沿って移動している場合、工具マガジン６０と主軸ヘッド５は、上下方向において相対的に移動しないので、工具装着時の騒音を抑制することができる。

カムフォロア７１ｂが第三カム面５ｄに到達した場合、図９Ｃの実線矢印にて示すように、カムフォロア７１ｂは第三カム面５ｄに接触して相対的に上側に移動する。このとき、カムフォロア７１ｂは、第一カム面５ｂから第三カム面５ｄまでの前後の距離Ｄ２と同じ距離を前方に移動し、工具マガジン６０も距離Ｄ２前方に移動する。コイルばね７９の弾性復元力が可動板７８に作用する。しかしカムフォロア７１ｂが第三カム面５ｄに接触しているので、第三カム面５ｄが工具マガジン６０の移動を妨げ、摺動子７３、７５は上軌道７２及び下軌道７４を摺動せず、工具マガジン６０は後方に移動しない。図１０に示すように、割出位置に配置した把持アーム６３は主軸ヘッド５から前方に離れた状態を維持する。主軸ヘッド５は所定の上下位置にて止まる。

主軸ヘッド５が上昇した場合、工具マガジン６０は図９の逆向きに移動する。即ち、図９Ｃの破線矢印にて示す如く、カムフォロア７１ｂは第三カム面５ｄに接触して相対的に下側に移動する。カムフォロア７１ｂが第二カム面５ｃに到達した場合、コイルばね７９の弾性復元力によって、工具マガジン６０は、上軌道７２及び下軌道７４に沿って斜め後上方向に移動する。

工具マガジン６０の上方への移動距離は、主軸ヘッド５の上方への移動距離と同じであるので、上下方向において、工具マガジン６０と主軸ヘッド５は相対的に移動しない。故に図９Ｂの破線矢印にて示す如く、カムフォロア７１ｂは第二カム面５ｃに接触して相対的に後方に移動する。カムフォロア７１ｂには第二カム面５ｃから抗力が作用するので、カムフォロア７１ｂは一気に後方に移動することなく、徐々に後方に移動する。工具マガジン６０全体が主軸ヘッド５に対して相対的に後方に移動するので、主軸５１に装着した工具を把持アーム６３は把持する。

カムフォロア７１ｂが第一カム面５ｂに到達した場合、図９Ａの破線矢印にて示す如く、カムフォロア７１ｂは第一カム面５ｂに接触して相対的に下方に移動する。把持アーム６３は主軸５１から工具を抜き出す。主軸ヘッド５は所定の上下位置にて止まる。

コイルばね７９、第一カム５ａ、第二カム５ｅ又はカムフォロア７１ｂの破損によって、工具マガジン６０が下側に移動した場合、即ち、工具マガジン６０の割出位置部分が主軸ヘッド５から離れる方向に移動した場合には、第一規制部材８０ａが固定板７６の後ろ側面に接触する。工具マガジン６０は前方且つ下方に移動しない。コイルばね７９、第一カム５ａ、第二カム５ｅ又はカムフォロア７１ｂの破損によって、工具マガジン６０が上側に移動した場合、即ち、工具マガジン６０の割出位置部分が主軸ヘッド５に接近する方向に移動した場合には、第二規制部材８０ｂが固定板７６の前側面に接触する。工具マガジン６０は後方且つ上方に移動しない。コイルばね７９、第一カム５ａ、第二カム５ｅ又はカムフォロア７１ｂの破損によって、工具マガジン６０が移動したとしても、第一規制部材８０ａ又は第二規制部材８０ｂが工具マガジン６０の移動を規制するので、作業者の安全性を確保することができる。

実施の形態１に係る工作機械にあっては、工具マガジン６０全体が傾斜方向に移動する。割出位置に配置した把持アーム６３は直線的に主軸ヘッド５に接近又は離間する。把持アーム６３は工具交換の為に回転する必要がない。故に把持アームの構成を簡素化し、製造費用を削減することができる。

また主軸５１が工具を装着した時、工具マガジン６０全体を前方に移動する。工具マガジン６０の工具を把持する把持アーム６３は直線的に主軸ヘッド５から離れるので、把持アーム６３は工具交換の為に回転する必要がなく、また把持アーム６３を回転する為のカムを主軸ヘッド５の前面に取り付ける必要がない。故に把持アーム６３及び主軸ヘッド５の構成を簡素化し、製造費用を削減することができる。また把持アーム６３を小型化し、主軸ヘッド５を左右方向に大きくして、主軸ヘッド５の剛性を高めることができる。

また第一カム５ａ、第二カム５ｅ及びカムフォロア７１ｂは、主軸ヘッド５の上下移動を工具マガジン６０の前後移動に変換する。工具マガジン６０は、前後移動の為の駆動源を必要とせず、製造費用を削減することができる。

また主軸ヘッド５が下降した場合、工具マガジン６０は案内軌道６１に沿って斜め前下方向に移動する。主軸５１が工具を装着した時、主軸ヘッド５と共に工具マガジン６０は下降するので、上下方向における工具マガジン６０及び主軸ヘッド５の相対的な位置関係は変わらない。主軸５１が工具を装着した時、工具マガジン６０は主軸ヘッド５に対して相対的に前方にのみ移動する。割出位置に配置した把持アーム６３は直線的に主軸ヘッド５から離れる。把持アーム６３は工具ホルダのＶ溝に平行に移動するので、Ｖ溝に容易に係止するか又は係止を解除することができる。

図１１は、把持アーム６３及び主軸ヘッド５を示す左側面縦断面図、図１２は、支持枠９１及び桿体１１１を後方から視認した斜視図、図１３は、支持枠９１及び桿体１１１を前方から視認した斜視図、図１４は、支持枠９１及び桿体１１１の分解斜視図である。

図１１に示す如く、主軸ヘッド５の前面にカム５２が取り付けられている。カム５２の前面、即ちカム面の下部は平坦をなし、上部は上側が下側よりも後方に位置するように、傾斜している。カム５２の前側に位置決め部１１０が設けてある。位置決め部１１０は支持枠９１及び桿体１１１を備える。

前述したように、案内軌道６１は環状をなし、二つのローラ６３ａは案内軌道６１の内周及び外周に夫々配置してある。支持部８０の前側部分において、断面形状は前後に延びたクランク形をなし、支持部８０の前側部分における前部は後部よりも下側に位置する。支持部８０の下面は案内軌道６１の上面に連結する。支持部８０は、案内軌道６１の内周に配置したローラ６３ａと案内軌道６１の上側を覆う。

支持部８０の上面に、桿体１１１を支持する支持枠９１が取り付けてある。図１２〜図１４に示す如く、支持枠９１は、前板９２、右板９３及び左板９４を備える。前板９２は主軸ヘッド５の前面に対向し、側面視にて後側に鈍角を形成するように、上下方向中央部にて屈曲している。前板９２の上端部に前後方向に貫通した貫通孔９２ａが形成してある。貫通孔９２ａの周囲に、ボルト９８を係止する四つの螺子孔９２ｂが形成してある。四つの螺子孔９２ｂは貫通孔９２ａの周方向に略９０度の位相を空けて並んでいる。

貫通孔９２ａの前側に板部材９７が配置してある。板部材９７は四角形をなし、板部材９７の四隅に、ボルト９８を挿入する挿入孔９７ａが夫々設けてある。四つの挿入孔９７ａと四つの螺子孔９２ｂとを同軸的に配置するように、板部材９７は貫通孔９２ａを塞ぐ。前方から各挿入孔９７ａにボルト９８が挿入され、ボルト９８は螺子孔９２ｂにねじ止めされる。貫通孔９２ａ及び板部材９７は、付勢部材１０８の一端部を受ける凹状の受部を構成する。

前板９２の前面から取付板９５が前方に突出している。取付板９５には、ボルトを挿入するための二つの挿入孔９５ａが設けてある。挿入孔９５ａは上下に貫通する。取付板９５を支持部８０の上面に置き、ボルトを挿入孔９５ａに挿入し、支持部８０にねじ止めし、支持枠９１を支持部８０に取り付けてある。

前板９２の右縁部から右板９３が後方に突出する。右板９３の上下方向中央部に、左右方向に貫通した挿入孔９３ａが形成してある。前板９２の左縁部から左板９４が後方に突出する。左板９４の上下方向中央部に、左右方向に貫通した挿入孔９４ａが形成してある。右板９３及び左板９４は左右方向に対向し、右板９３及び左板９４の挿入孔９３ａ、９４ａは同軸的に配置してある。

前板９２、右板９３及び左板９４は、後方に開口した平面視Ｕ状の溝９９を形成する。溝９９には、上下に延びた桿体１１１が収納してある。桿体１１１の中途部に左右方向に貫通した軸孔１０１が設けてある。軸孔１０１よりも上側において、前後に貫通した収納孔１０２が桿体１１１に設けてある。収納孔１０２の左右には、左右方向に貫通した二つの挿入孔１０３が設けてある。収納孔１０２にはカムフォロア１０４が収納してある。カムフォロア１０４は、例えばローラである。支軸１０５が二つの挿入孔１０３に挿入してあり、カムフォロア１０４を軸回りに回転可能に支持する。カムフォロア１０４は支軸１０５回りに回転する。

図１３に示すように、桿体１１１の下端部前面に凹部１０７が形成してある。凹部１０７の左右側面に傾斜面１０７ａ、１０７ｂが夫々形成してある。二つの傾斜面１０７ａ、１０７ｂは、後側（凹部１０７の底面側）における傾斜面１０７ａ、１０７ｂ間の幅が、前側（凹部１０７の開口側）における傾斜面１０７ａ、１０７ｂ間の幅よりも小さくなるように、傾斜している。凹部１０７は、後側のローラ６３ａに対向するように、配置してある。

軸孔１０１と挿入孔９３ａ、９４ａが同軸的に並ぶように、桿体１１１は溝９９に配置してある。枢軸９６が挿入孔９３ａ、９４ａ及び軸孔１０１に挿入してあり、桿体１１１を回転可能に支持する。桿体１１１は枢軸９６の軸回りに回転する。

図１１に示すように、桿体１１１の上端部前面に凹状の受部１０６が形成してある。受部１０６と、貫通孔９２ａ及び板部材９７が構成する受部との間に付勢部材１０８が設けてある。付勢部材１０８は桿体１１１を後側、即ち主軸ヘッド５に向けて付勢する。

図１１に示す如く、カムフォロア１０４がカム５２の平坦面に接触している場合、カム５２は、付勢部材１０８による桿体１１１の回転を規制し、凹部１０７とローラ６３ａとは離れている。位置決め部１１０は工具を位置決めしない。このとき、把持アーム６３は工具を保持し、工具は主軸５１から離れている。

図１５及び図１６は、主軸ヘッド５の下降時における把持アーム６３及び主軸ヘッド５を示す左側面縦断面図である。図１５の矢印にて示す如く、図１１の状態から主軸ヘッド５が下降し、カムフォロア１０４がカム５２の傾斜面に接触している場合、付勢部材１０８の付勢力によって、桿体１１１は枢軸９６回りに回転する。凹部１０７はローラ６３ａに接近し、工具が主軸５１に嵌合する時、ローラ６３ａを押さえる。このとき、案内軌道６１とローラ６３ａとの隙間は小さくなり、把持アーム６３のがたつきを抑制する。即ち、位置決め部１１０は工具を位置決めする。

図１６の矢印にて示す如く、更に主軸ヘッド５が下降した場合、白抜矢印にて示す如く、工具マガジン６０は斜め前下方向に移動し、凹部１０７がローラ６３ａを押さえたまま、把持アーム６３は主軸ヘッド５から離れる。

ローラ６３ａと案内軌道６１の間には、ローラ６３ａの移動の為に、隙間が設けてある。前記隙間に異物が侵入し易い。実施の形態１に係る工作機械にあっては、支持部８０が案内軌道６１の上側に配置してあるので、案内軌道６１に異物が付着しにくい。そのため、ローラ６３ａと案内軌道６１との間に異物が侵入することを抑制し、ローラ６３ａの移動を円滑に実行できる。

また位置決め部１１０は支持部８０に取り付けてあるので、把持アーム６３毎に位置決め部１１０を設ける必要が無く、簡素な構成にて工具の位置決めを実現することができる。また位置決め部１１０はローラ６３ａに当接するので、工具の位置決めと同時に案内軌道６１とローラ６３ａとの隙間を小さくすることができる。

またカム５２の平坦面にカムフォロア１０４が当接した場合、付勢部材１０８の付勢力による桿体１１１の回転を規制し、枢軸回りに桿体が回転せず、凹部はローラから離れた状態を保つ。カムフォロアがカム５２の傾斜面に当接した場合、またはカムから離れている場合、付勢部材の付勢力によって、凹部がローラに当接し、工具の位置決めを実現する。

また凹部１０７の傾斜面１０７ａ、１０７ｂはローラ６３ａを凹部１０７の底部に向けて案内するので、精度良く工具を位置決めすることができる。また溝９９は桿体１１１を案内し、溝９９の内側に桿体１１１を配置して、支持枠９１及び桿体１１１の小型化を図ることができる。また貫通孔９２ａ及び板部材９７が構成する受部と桿体１１１の受部１０６は、付勢部材１０８を安定に保持することができる。

図１７は、支持部８０の上側に案内軌道６１を取り付けた比較例を示す部分拡大左側面図であり、図１８は、支持部８０の下側に案内軌道６１を取り付けた本実施の形態を示す部分拡大左側面図である。図１７に示す比較例においては、実施の形態とは異なり、工具交換時に把持アーム６３は前後に回転する。工具マガジン６０は固定してある。

図１７にて示す如く、比較例において、主軸５１の軸心と把持アーム６３の前端との間の前後方向の寸法をＡ１とし、把持アーム６３の先端部、例えば工具を把持するプランジャの中心を通過し支持部８０と平行な直線と、アーム取付部６２ａ下面に平行な直線とを結ぶ最短の寸法をＢ１とする。

図１８にて示す如く、実施の形態において、主軸５１の軸心と把持アーム６３の前端との間の前後方向の寸法をＡ２とし、把持アーム６３の先端部、例えば工具を把持するプランジャの中心を通過し支持部８０と平行な直線と、アーム取付部６２ａ下面に平行な直線とを結ぶ最短の寸法をＢ２とする。Ａ２はＡ１よりも寸法が短く、またＢ２はＢ１よりも寸法が短い。即ち、支持部８０の下側に案内軌道６１を取り付け、また上述したカム５２及び位置決め部１１０の協働によって工具を位置決めする構成にすることによって、工作機械の小型化を図ることができる。

（実施の形態２）
以下本発明を実施の形態２に係る工作機械１００を示す図面に基づいて説明する。図１９は、工作機械１００の支持部８０、案内軌道６１、ローラ６３ａを示す部分拡大左側面図である。図１９に示すように、支持部８０の外周部分８０ｃは、案内軌道６１の外周に配置したローラ６３ａの上側まで延びる。即ち、支持部８０は、案内軌道６１の内周及び外周に配置した二つのローラ６３ａと案内軌道６１の上側を覆う。

支持部８０は、案内軌道６１のみならず、二つのローラ６３ａの上側にも配置してあるので、二つのローラ６３ａにも異物が付着しにくい。そのため、ローラ６３ａと案内軌道６１との間に異物が侵入することを更に抑制できる。実施の形態２に係る構成の内、実施の形態１と同様な構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

（実施の形態３）
以下本発明を実施の形態３に係る工作機械１００を示す図面に基づいて説明する。図２０は、工作機械１００の支持部８０、案内軌道６１、ローラ６３ａ、カバー８４を示す部分拡大左側面図である。図２０に示す如く、支持部８０の外周部にカバー８４がボルト８５によって連結してある。カバー８４は、案内軌道６１の外周に配置したローラ６３ａの上面及び周面を覆うように、支持部８０から延びる。

実施の形態３に係る工作機械１００の支持部８０は、内周に配置したローラ６３ａ及び案内軌道６１への異物の付着を抑制し、カバー８４は、外周に配置したローラ６３ａへの異物の付着を抑制する。そのため、ローラ６３ａと案内軌道６１との間に異物が侵入することを更に抑制できる。

（実施の形態４）
以下本発明を実施の形態４に係る工作機械１００を示す図面に基づいて説明する。図２１は工作機械１００の摺動機構７０を示す模式図である。摺動機構７０は固定板７６、案内棒７７、可動板７８及びコイルばね７９に代えて、モータ８１、螺子軸８２及びナット８３を備える。モータ８１は螺子軸８２に連結する。ナット８３は螺子軸８２に設けてある。ナット８３と螺子軸８２の間に転動体（図示略）が設けてある。螺子軸８２は、案内棒７７と同様に、斜めに配置してある。支持部８０はナット８３に連結する。モータ８１の駆動によって、螺子軸８２は回転し、ナット８３は螺子軸８２の軸方向に移動し、支持部８０は移動する。即ち、工具マガジン６０全体が移動する。

工作機械は制御装置９０を備える。制御装置９０はＺ軸モータ３３とモータ８１を同期制御する。制御装置９０は、主軸ヘッド５の下降時に工具マガジン６０を前方に移動する。主軸５１は把持アーム６３が把持する工具を装着し、把持アーム６３は主軸ヘッド５から前方に離れる。制御装置９０は、主軸ヘッド５の上昇時に工具マガジン６０を後方に移動する。把持アーム６３は主軸５１から工具を抜き取り、把持する。

実施の形態４にあっては、主軸ヘッド５の上下移動と工具マガジン６０全体の前後移動をＺ軸モータ３３及びモータ８１にて夫々実行する。Ｚ軸モータ３３及びモータ８１の駆動を同期制御することによって、主軸５１が工具を装着した時、工具マガジン６０全体が前方に移動し、割出位置に配置した把持アーム６３は直線的に主軸ヘッド５から離れる。

第一カム５ａ及び第二カム５ｅは一体で構成してもよいし、溝カムで構成してもよい。

２ 支持台
５ 主軸ヘッド
５ａ 第一カム
５ｅ 第二カム
５１ 主軸
３３ Ｚ軸モータ（第一駆動源）
６０ 工具マガジン
６３ 把持アーム（保持部）
７０ 摺動機構
７１ 支持体
７１ｂ カムフォロア
７２ 上軌道
７４ 下軌道
７９ コイルばね（付勢部材）
８０ 支持部
８０ａ 第一規制部材
８０ｂ 第二規制部材
８１ モータ（第二駆動源）
９０ 制御装置

Claims (13)

1. 主軸を有する上下動可能な主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドを移動可能に支持する立柱と、該立柱を支持する支持台と、前記主軸ヘッド及び立柱の周りを囲んでおり、前記主軸に装着する為の割出位置に複数の工具からいずれかの工具を配置する工具マガジンとを備える工作機械において、
   前記工具マガジンの前端部が前記支持台に接近し、前記工具マガジンの後端部が前記支持台から離れるように、前記工具マガジンは傾斜しており、
   前記工具マガジンを傾斜方向にて前記主軸ヘッドに接近又は離間する移動機構を備えること
   を特徴とする工作機械。
2. 前記主軸が工具を装着する時、前記工具マガジンは前記傾斜方向にて前記主軸ヘッドから離れること
   を特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記移動機構は、
   前記主軸ヘッドに設けたカムと、
   前記工具マガジンに設けてあり、前記カムに従って移動するカムフォロアと
   を有し、
   前記カム及びカムフォロアは、前記主軸ヘッドの上下移動を前記工具マガジンの前後移動に変換すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
4. 前記移動機構は、
   前側が下側に位置し、後側が上側に位置するように傾斜しており、前記工具マガジンを案内する軌道と、
   前記工具マガジンを後方に付勢する付勢部材と
   を有し、
   前記カム及びカムフォロアは、前記主軸ヘッドが下降した場合、前記工具マガジンが前記主軸ヘッドに対して相対的に前方に移動するように構成してあること
   を特徴とする請求項３に記載の工作機械。
5. 前記移動機構は、
   前記主軸ヘッドを上下方向に移動する第一駆動源と、
   前記工具マガジン全体を前後方向に移動する第二駆動源と、
   前記第一駆動源及び第二駆動源を同期制御する制御装置と
   を有すること
   を特徴とする請求項１に記載の工作機械。
6. 前記工具マガジンが前記主軸ヘッドに接近する方向に移動することを規制する第一規制部材と、
   前記工具マガジンが前記主軸ヘッドから離れる方向に移動することを規制する第二規制部材と
   を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の工作機械。
7. 前記工具マガジンは、前記立柱の周囲に配置してあり、工具を保持する保持部を案内する案内軌道を有し、
   前記案内軌道を支持する支持部が前記案内軌道の上側に配置してあること
   を特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の工作機械。
8. 前記案内軌道は環状に形成してあり、
   前記案内軌道の内周及び外周夫々にローラが配置してあり、
   前記案内軌道の内周及び外周に配置した各ローラの上側且つ前記案内軌道の上側に、前記支持部は配置してあること
   を特徴とする請求項７に記載の工作機械。
9. 前記案内軌道は環状に形成してあり、
   前記案内軌道の内周及び外周夫々にローラが配置してあり、
   前記案内軌道の内周に配置した前記ローラ及び前記案内軌道の上側に、前記支持部は配置してあり、
   前記案内軌道の外周に配置した前記ローラを覆うカバーを備えること
   を特徴とする請求項７に記載の工作機械。
10. 前記工具マガジンは、
    前記立柱の周囲に配置した案内軌道と、
    該案内軌道を支持する支持部と、
    ローラを介して前記案内軌道に連結し、前記案内軌道に沿って移動可能な工具を保持する保持部と
    を有し、
    前記支持部に取り付けてあり、前記ローラに当接して前記保持部を位置決めする位置決め部を備えること
    を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の工作機械。
11. 前記主軸ヘッドに設けたカムを備え、
    前記位置決め部は、
    上下に延びた桿体と、
    前記桿体の下部に形成してあり、前記ローラを受ける凹部と、
    前記桿体の上部に設けてあり、前記カムに当接するカムフォロアと、
    前記桿体の中途部を貫通した枢軸と、
    前記支持部に固定してあり、前記枢軸を介して前記桿体を回転可能に支持する支持枠と、
    前記枢軸よりも上側にて前記支持枠及び桿体の間に配置してあり、前記桿体を前記主軸ヘッドに向けて付勢する付勢部材と
    を備えることを特徴とする請求項１０に記載の工作機械。
12. 前記凹部の対向する二つの側面は、前記凹部の底面側における前記二つの側面間の幅が前記凹部の開口側における前記二つの側面間の幅よりも小さくなるように、傾斜していること
    を特徴とする請求項１１に記載の工作機械。
13. 前記支持枠は、上下に延びた溝を有し、
    前記桿体は前記溝の内側に配置してあり、
    前記溝及び桿体夫々の上端部に前記付勢部材を受ける受部が形成してあること
    を特徴とする請求項１１又は１２に記載の工作機械。

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